Fisika X : Gaya Gesekan

Pernahkah kalian mendorong sebuah benda yang berukuran cukup besar dan ternyata sulit bergerak? Misalnya seperti pada gambar ilustrasi di bawah. Apa yang menyebabkan benda tersebut sulit untuk digerakkan? Salah satu penyebab keadaan itu adalah gaya gesek. Untuk lebih memahami mengenai gaya gesek, silahkan kalian simak baik-baik penjelasan-penjelasan dalam artikel berikut ini.

Pengertian Gaya Gesek

Ketika kita mencoba untuk menggerakkan sebuah benda berukuran besar (ex. Lemari) yang diam pada suatu bidang pada umumnya ada gaya yang menghambat benda tersebut untuk bergerak sehingga jika kita memberikan gaya yang kecil maka akan terasa sulit untuk menggerakkan benda tersebut. Gaya semacam ini disebut gaya gesek atau orang-orang sering menyebutnya dengan gesekan.

Gesekan mungkin bukan istilah baru bagi kalian. Gesekan terjadi jika ada dua benda yang bersinggungan satu sama lain. Gesekan atau gaya gesek merupakan suatu gaya yang terjadi akibat dua permukaan benda bersinggungan. Jika pada sebuah benda bekerja gaya tertentu sehingga benda bergerak, maka arah gaya gesek berlawanan dengan arah gerak benda. Gaya gesek disimbolkan dengan huruf f (friction). Dengan demikian dapat kita simpulkan definisi gaya gesek sebagai berikut.

Gaya gesek (friction force) adalah gaya yang bekerja antara dua permukaan benda yang saling bersentuhan atau bersinggungan. Arah gaya gesek berlawanan arah dengan kecenderungan arah gerak benda. Gaya gesek disimbolkan dengan huruf f dan satuannya adalah Newton.

Gambar Gaya Gesek

Gaya gesek bekerja pada garis singgung kedua benda. Misalkan, sebuah benda yang terletak pada sautu bidang datar horizontal dikenai gaya sebesar F. Diagram gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut dapat kalian lihat pada gambar di bawah ini.

Berdasarkan gambar di atas, arah gaya gesek selalu berlawanan dengan arah gaya luar yang bekerja pada benda dan arah gerak benda. Untuk benda padat yang bergerak di atas benda padat, besar kecilnya gaya gesek sangat bergantung pada kasar atau licinnya permukaan benda yang bersentuhan, semakin kasar permukaan maka semakin besar gaya geseknya. Sebaliknya, semakin licin permukaan, semakin kecil gaya geseknya.

Selain itu, gaya gesek juga dapat terjadi pada suatu benda yang bergerak di udara. Untuk benda yang melayang di udara, besar kecilnya gaya gesek bergantung pada luas permukaan benda yang bersentuhan dengan udara. Semakin besar luas bidang sentuh, makin besar gaya gesek udara pada benda tersebut. Begitupun sebaliknya, semakin kecil luas bidang sentuh semakin kecil gaya geseknya. Konsep ini digunakan pada penggunaan parasut untuk para penerjun bebas.

Sifat-Sifat Gaya Gesek

Gaya gesek atau friction force memiliki beberapa sifat atau karakteristik yang membedakannya dengan jenis gaya-gaya lain. Berikut ini adalah sifat-sifat gaya gesek secara umum yang sudah penulis rangkum.

•Arah gaya gesek selalu berlawanan dengan arah gaya luar yang bekerja pada benda sehingga gaya gesek bersifat menghambat gerak benda. Misalnya, apabila gaya luar ke kiri, arah gaya gesek ke kanan. Sebaliknya, jika gaya luar ke kanan, arah gaya gesek ke kiri.

•Arah gaya gesek selalu berlawanan arah dengan arah gerak benda. Jika benda bergerak ke kanan, maka arah gaya gesek ke kiri. Jika benda bergerak ke bawah, arah gaya gesek ke atas begitupun seterusnya.

•Untuk benda padat yang bergerak di atas benda padat, besarnya gaya gesek dipengaruhi oleh tingkat kekasaran permukaan benda yang bersinggungan. Semakin kasar permukaan benda, semakin besar gaya gesek dan sebaliknya.

•Untuk benda yang bergerak di udara (ex. gerak jatuh bebas), besarnya gaya gesek yang dialami benda dipengaruhi oleh luas bidang sentuh benda. Semakin luas permukaan sentuh, semakin besar gaya geseknya begitupun sebaliknya.

Macam-Macam Gaya Gesek dan Rumusnya

Menurut seorang matematikawan dan fisikawan Swiss bernama Leonhard Euler, berdasarkan keadaan benda yang dikenainya, gaya gesek dibedakan menjadi dua jenis, yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis. Kedua jenis gaya gesek tersebut memiliki karakteristik dan rumus yang berbeda. Untuk memahami keduanya, perhatikan penjelasan berikut ini.

#1 Gaya Gesek Statis

Menurut Hukum I Newton, pada benda yang diam, resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol. Berdasarkan hukum ini, ketika kalian mendorong sebuah benda yang terletak di atas lantai tetapi benda tersebut masih diam, tentunya ada gaya lain yang melawan gaya dorong kalian berikan. Gaya tersebut adalah gaya gesek antara permukaan bawah benda dengan lantai. Gaya gesek ini bekerja pada benda yang diam, sehingga disebut gaya gesek statis (fs). Jadi gaya gesek statis adalah gaya gesek yang bekerja pada benda yang diam.

Di atas sudah dijelaskan bahwa besarnya gaya gesek bergantung pada kekasaran permukaan benda dan bidang yang bersentuhan. Tingkat kekasaran ini dinyatakan dengan koefisien gesekan. Untuk benda diam, koefisien gesekan disebut koefisien gesek statis, disimbolkan μs.  Selain tingkat kekasaran permukaan benda, besarnya gaya gesek juga dipengaruhi oleh besar gaya normal (N) yang diberikan bidang pada benda. Secara matematis, rumus gaya gesek statis adalah sebagai berikut.

fs maks = μs N

Keterangan:
fs maks	=	Gaya gesek statis maksimum (N)
μs	=	Koefisien gaya gesek statis
N	=	Gaya normal (N)

#2 Gaya Gesek Kinetis

Ketika kalian menendang bola di atas tanah, bola akan menggelinding dengan kecepatantertentu. Tetapi, semakin lama kecepatan bola semakin berkurang dan akhirnya berhenti. Bola dapat bergerak diakibatkan gaya dari tendangan. Namun, saat sedang bergerak, ada gaya yang menghambat gerak bola dan mengurangi kecepatannya. Gaya yang menyebabkan kecepatan bola semakin berkurang disebut gaya gesek kinetis. Jadi gaya gesek kinetis adalah gaya gesek yang bekerja pada benda yang bergerak.


Sama seperti gaya gesek statik, besar gaya gesek kinetik juga bergantung pada gaya normal serta tingkat kekasaran permukaan benda dan bidang yang bersinggungan (koefisien gesekan). Koefisien gesekan pada benda yang bergerak disebut koefisien gesekan kinetis yang disimbolkan dengan μk. Secara matematis, rumus gaya gesek kinetis adalah sebagai berikut.

fk = μk N

Keterangan:
fk	=	Gaya gesek kinetis (N)
μk	=	Koefisien gesekan kinetik
N	=	Gaya normal (N)

Nilai koefisien gesekan baik koefisien gesek statis maupun kinetis tidak pernah lebih dari 1. Selain itu, besar koefisien gesek statis umumnya selalu lebih besar daripada koefisien gesek kinetis (μs > μk). Berikut ini adalah tabel perbedaan nilai koefisien gesek statis dan kinetis dari berbagai bidang yang bersentuhan.

Tabel Koefisien Gesekan Permukaan Beberapa Benda

Permukaan	μs	μk
Persendian lengan manusia	0,01	0,01
Es pada es	0,10	0,03
Logam pada logam yang sudah dilumasi	0,15	0,07
Kayu pada kayu	0,40	0,20
Seng pada besi tuan	0,85	0,21
Baja pada baja	0,74	0,57
Karet pada beton kering	1,00	0,80

Sumber: Sears & Zemansky, hal. 37

Selain perbedaan nilai koefisien gesekannya, gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis juga memiliki perbedaan lain. Berikut ini adalah tabel perbedaan karakteristik gaya gesek statis dan kinetis.

Tabel Perbedaan Gaya Gesek Statis dan Gaya Gesek Kinetis

Gaya Gesek Statis		Gaya Gesek Kinetis
fs = μs N		fk = μk N
•	Bekerja pada benda yang diam	•	Bekerja pada benda yang bergerak
•	Nilainya selalu berubah bergantung pada gaya F yang bekerja pada suatu benda.	•	Nilainya selalu tetap tidak bergantung pada kecepatan danpercepatan benda (baik GLB maupun GLBB).
•	Nilai maksimum dicapai ketika benda tepat akan bergerak.	•	Tidak ada nilai maksimum.

Gaya Gesek dan Gerak Benda

Jika pada benda yang diam di atas bidang dengan tingkat kekasaran tertentu selalu bekerja gaya gesek dalam hal ini gaya gesek statis, bagaimana syarat gaya  F minimum yang harus kita berikan agar dapat menggerakkan benda tersebut? untuk menjawab pertanyaan tersebut, perhatikan grafik hubungan antara gaya luar (ex. gaya tarik) F dengan gaya gesek (fg) berikut ini.

Grafik di atas memperlihatkan bahwa saat benda belum diberi gaya atau F = 0, gaya gesekan belum bekerja atau fg = 0 ( di titik A). Ketika besar gaya F dinaikkan secara perlahan, benda tetap diam hingga dicapai keadaan di mana benda tepat akan bergerak (di titik B). Pada keadaan ini, gaya gesekan yang bekerja adalah gaya gesek statis maksimum dimana besarnya selalu sama dengan gaya tarik (fg = fs maks = F).

Selanjutnya, ketika gaya tarif F yang diberikan lebih besar daripada gaya gesek statis maksimum, F > fs maks ( di titik C – D) maka benda akan bergerak. Pada keadaan bergerak ini, gaya gesekan yang bekerja adalah gaya gesek kinetik (fg = fk). Dengan demikian dapat kita simpulkan beberapa hal mengenai gaya F, gaya gesek dangerak benda sebagai berikut.

Karakteristik Gaya F		Keadaan Benda
•	Jika F < fs maka fg = F	•	Benda diam (berlaku Hukum I Newton)
•	Jika F = fs maka fg = fs maks	•	Benda tepat akan bergerak (berlaku Hukum I Newton)
•	Jika F > fs maka fg = fk	•	Benda bergerak
			→	Jika F = fk maka benda mengalami GLBdan berlaku Hukum I Newton (ΣF = 0)
			→	Jika F > fk maka benda mengalamiGLBB dan berlaku Hukum II Newton (F – fk = ma)

Contoh Soal Gaya Gesek dan Pembahasan

Sebuah balok 10 kg diam di atas lantai datar. Koefisien gesekan statis μs = 0,4 dan koefisien gesekan kinetis μk = 0,3. Tentukanlah gaya gesekan yang bekerja pada balok jika balok tersebut ditarik dengan gaya F sebesar 40 N membentuk sudut 60o terhadap arah mendatar!

Jawab

Gaya-gaya yang bekerja pada benda diperlihatkan pada gambar di atas. Karena pada sumbu vertikal tidak ada gerak, maka berlaku

ΣFY = 0

Gaya normal

(N + F sin 60o) – w = 0

N = w – F sin 60o

N = mg – F sin 60o

N = (10 kg)(10 m/s2) – (40 N)( ½ √3)

N = 100 N – 20√3 N

N = 65,36 N

Gaya gesek statis

fs = μs N

fs = (0,4)(65,36 N)

fs = 26,14 N

Gaya tarik arah horizontal

F = F cos 60o

F = (40 N)(½)

F = 20 N

Karena F < fs maka benda masih dalam keadaan diam. Oleh karena itu gaya gesek yang bekerja adalah gaya gesek statis sebesar fs = 26,14 N.

Keuntungan dan Kerugian Gaya Gesek

Gaya gesek dapat dijumpai dalam kegiatan sehari-hari. Berjalan, menulis, bermain bola dan berbagai aktivitas lain yang kita lakukan tidak terlepas dari gaya gesek. Gaya gesek dapat bersifat menguntungkan dan juga dapat merugika. Gaya gesek apakah yang dapat menguntungkan dan merugikan? Berikut ini adalah tabel contoh gaya gesek dalam kehidupan sehari-hari yang bersifat menguntungkan dan merugikan.

Tabel Contoh Gaya Gesek yang Menguntungkan dan Merugikan

Gaya Gesek yang Menguntungkan		Gaya Gesek yang Merugikan
•	Gesekan kaki dengan jalan menyebabkan kita dapat berjalan. Kita lebih mudah berjalan di tanah dengan gaya gesek yang besar dari pada berjalan di jalan yang licin dengan gaya gesek kecil	•	Gesekan antara ban dengan aspal mengakibatkan ban menjadi aus. Ban aus ini dapat menyebabkan kendaraan tergelincir
•	Ban kendaraan (sepeda, sepeda motor, mobil, dsb.) dibuat beralur untuk memperbesar gaya gesek ban dengan jalan. Jika ban kendaraan halus, kemungkinan kecelakaan akan lebih mudah terjadi	•	Gesekan antara bagian-bagian mesin kendaraan mengakibatkan mesin menjadi aus. Untuk mengurangi gesekan pada mesin, kita dapat menggunakan oli pelumas
•	Gesekan udara dimanfaatkan oleh penerjun payung. Dengan menggunakan parasut, penerjun dapat sampai di bumi dengan selamat	•	Gesekan antar gear dengan rantai kendaraan dapat menimbulkan bunyi yang mengganggu jika rantai dalam keadaan kering. Untuk itu rantai harus diberi oli secara berkala
•	Gaya gesek juga dimanfaatkan pada sistem pengereman kendaraan	•	Gesekan kendaraan yang bergerak dengan udara dapat memperlambat kelajuannya
•	Dalam balap mobil, badan mobil balap dibuat aerodinamis. Dengan badan mobil yang aerodinamis, gesekan dengan udara menjadi sangat kecil sehingga mobil dapat melaju dengan kecepatan penuh. Bentuk aerodinamis ini juga digunakan pada kereta api supercepat yang dapat melaju dengan kecepatan 261,8 km/jam. Selain itu, pesawat juga menggunakan bentuk aerodinamis. Pesawat Concorde bahkan dapat terbang dengan kecepatan 2.150 km/jam	•	Gesekan dapat menimbulkan luka lecet pada badan kita, misalnya saat kita terjatuh kemudian kaki kita bergesekan dengan jalan aspal maka kaki kita akan tergores dan menimbulkan luka

Demikianlah artikel tentang pengertian, gambar, sifat, rumus, macam-macam gaya gesek (statis dan kinetis), contoh soal, jawabannya serta keuntungan dan kerugiannya. Semoga dapat bermanfaat untuk Anda. Terimakasih atas kunjungannya dan sampai jumpa di artikel berikutnya.